中科院(国科大)矩阵分析与应用作业5
国科大信息检索作业
国科大2013年秋季《现代信息检索》第一次作业(第一章到第五章) 以下每题10分，共计100分。 1、习题1-4 a.时间复杂度O(x+y)。因为倒排记录表记录的文档号是按照从小到大排列的，在扫描Brutus对应的倒排表的时指针指向文档 号为x，扫描Caesar对应的倒排记录表的指针对应的文档号为y，如果x 中科院矩阵分析与应用大作业 实现LU分解 QR分解 Householder reduction、Givens reduction Matlab 代码： function [] =juzhendazuoye A=input('请输入一个矩阵A='); x=input('请输入序号 1 LU分解 2 Gram-Schmidt分解 3 Householder reduction 4 Givens reduction:' ); if(x==1) %%*************LU分解*****************%% disp('PA=LU') m=size(A,1); % m等于矩阵A的行数 n=size(A,2); % n等于矩阵A的列数 if(m==n) % 判断矩阵A是不是方阵 % 如果矩阵A不是方阵那么就输出“error” U=A; % 把矩阵A赋值给矩阵U L=zeros(n); % 先将L设为单位阵 P=eye(n); % 首先将交换矩阵P设为单位矩阵 for j=1:n-1 for i=j+1:n if (U(j,j)~=0) %判断主元元素是否不为0 L(i,j)=U(i,j)/U(j,j); U(i,:)=U(i,:)-U(j,:)*U(i,j)/U(j,j); % U(j,j)为主元元素 else a=j+1; % 令a等于j+1 while((U(a,j)==0)&&(a 7.编程实现题 %{ 在微电机设计计算中需要查磁化曲线表，通常给出的表是磁密B每间隔100高斯磁路每厘米长所需安匝数at的值，下面要解决B从4000至11000区间的查表问题。为节省计算机存储单元，采用每500高斯存入一个at值，在利用差分公式计算。从差分表中看到三阶差分近似于0，计算时只需两阶差分。当4000≤B ≤10500时用牛顿前插公式；当10500≤B≤11000时用牛顿后插公式；试在计算机上编程实现求任一在区间［4000，11000］内的函数值。 %} syms y0 y0=[1.38,1.48,1.58,1.69,1.81,1.94,2.10,2.28,2.50,2.76,3.06,3.41,3.83,4.33,4.93]; b=input('enter the number of b:'); if b>10500&&b<=11000 t=(b-11000)/500.0; r=4.93+0.6*t+0.1*t*(t+1)/2; disp(r) elseif b<=10500&&b>=400 k=(b-4000)/500; m=floor(k); t=k-m; r=y0(m+1)+(y0(m+2)-y0(m+1))*t+t*(t-1)*(y0(m+3)-2*y0(m+2)+y0(m+1))/2; disp(r) else disp('the number is out of consideration') end clear 15.用正交多项式(格拉姆－施密特)作最小二乘拟合的程序 syms alpha; syms beta; syms a; syms p; x=input('enter the value of x(for example:[1,2,3,4,5]):'); y=input('enter the value of y(for example:[1,2,3,4,5]):'); w=input('enter the value of weight(for example:[0.1,0.2,0.3,0.4]):'); n=input('enter the value of n:'); m=length(x); alpha(2)=sum(w*x)/sum(w); a(1)=sum(w*y)/sum(w); p2x= x-alpha(2); alpha(3)=sum(w*x*(subs(p2x,x))^2)/sum(x*( subs(p2x,x))^2); beta(2)=sum(w*( subs(p2x,x))^2)/sum(w); a(2)=sum(w*y*( subs(p2x,x)))/sum(w*( subs(p2x,x))^2); for k=3:m+1 alpha(k+1)=sum(w*x*((subs(p,{k,x},[k,x]))^2)/sum(w*( subs(p,{k,x},[k,x]))^2); beta(k)=sum(w*( subs(p,{k,x},[k,x]))^2)/sum(w*( subs(p,{k-1,x},[k-1,x]))^2); a(k)=sum(w*y* subs(p,{k,x},[k,x]))/sum(w*( subs(p,{k,x},[k,x]))^2); p=(x-alpha(k+1))*subs(p,{k,x},[k,x])-beta(k)*subs(p,{k-1,x},[k-1,x]); end, for i=1:n+1 F=0; F=F+a(i)* subs(p,{i,t},[i,t]); end 1.简述模式的概念及其直观特性，模式识别的分类，有哪几种方法。（6’） 答（1）：什么是模式？广义地说，存在于时间和空间中可观察的物体，如果我们可以区别它们是否相同或是否相似，都可以称之为模式。 模式所指的不是事物本身，而是从事物获得的信息，因此，模式往往表现为具有时间和空间分布的信息。 模式的直观特性：可观察性；可区分性；相似性。 答（2）：模式识别的分类： 假说的两种获得方法（模式识别进行学习的两种方法）： ●监督学习、概念驱动或归纳假说； ●非监督学习、数据驱动或演绎假说。 模式分类的主要方法： ●数据聚类：用某种相似性度量的方法将原始数据组织成有意义的和有用的各种数据 集。是一种非监督学习的方法，解决方案是数据驱动的。 ●统计分类：基于概率统计模型得到各类别的特征向量的分布，以取得分类的方法。 特征向量分布的获得是基于一个类别已知的训练样本集。是一种监督分类的方法， 分类器是概念驱动的。 ●结构模式识别：该方法通过考虑识别对象的各部分之间的联系来达到识别分类的目 的。（句法模式识别） ●神经网络：由一系列互相联系的、相同的单元（神经元）组成。相互间的联系可以 在不同的神经元之间传递增强或抑制信号。增强或抑制是通过调整神经元相互间联 系的权重系数来（weight）实现。神经网络可以实现监督和非监督学习条件下的分 类。 2.什么是神经网络？有什么主要特点？选择神经网络模式应该考虑什么因素？ （8’） 答（1）：所谓人工神经网络就是基于模仿生物大脑的结构和功能而构成的一种信息处 理系统（计算机）。由于我们建立的信息处理系统实际上是模仿生理神经网络，因此称它为人工神经网络。这种网络依靠系统的复杂程度，通过调整内部大量节点之间相互连接的关系，从而达到处理信息的目的。 人工神经网络的两种操作过程：训练学习、正常操作（回忆操作）。 答（2）：人工神经网络的特点： ●固有的并行结构和并行处理； ●知识的分布存储； ●有较强的容错性； ●有一定的自适应性； 人工神经网络的局限性： ●人工神经网络不适于高精度的计算； ●人工神经网络不适于做类似顺序计数的工作； ●人工神经网络的学习和训练往往是一个艰难的过程； ●人工神经网络必须克服时间域顺序处理方面的困难； ●硬件限制； ●正确的训练数据的收集。 答（3）：选取人工神经网络模型，要基于应用的要求和人工神经网络模型的能力间的 匹配，主要考虑因素包括： 矩阵分析及其应用 3.1矩阵序列 定义3.1设矩阵序列｛A (k )｝,其中A(k)=( a (k ) ) C m n ,当k a j" a u 时，称矩阵序列｛A (k)｝收敛，并称矩阵 A=( a ij )为矩 阵序列｛A (k)｝的极限，或称｛A (k)｝收敛于A,记为 lim A (k) A 或 A (k) A k 不收敛的矩阵序列称为发散的。 由定义，矩阵序列 A (k )发散的充要条件为存在 j 使 得数列a (k)发散。 类似地，我们可以定义矩阵收敛的 Cauchy 定义 定义3.1'矩阵序列｛A (k)｝收敛的充要条件为 对任给>0存在N()，当k, l N()时有 ||A (k) A (l)|| < 其中||.|为任意的广义矩阵范数。 sin 』) n n sin(k) 如果直接按定义我们因为求不出 A (n)的极限从而 从而只要I 充分大，则当m, n > l 时就有 sin(k) k 2 这样A (l)收敛。 定理3.1 A (k) A 的充要条件为 ||A (k) A|| 0 证明：利用广义矩阵范数的等价性定理，仅对 范数可以证 明。 即c 1 IL A (k) A|| ||A (k) AII C 2 ||A (k) AII 性质 0 若 A (k) A ，则 ||A (k) II IIAII 成立。 性质 1. 设 A (k) A m n ， B (k) B m n , 则 A (k)+ B (k) A+ B ， ,C 性质 2. 设 A (k) A m n ， B (k ) B n l ,贝U A (k) B (k) A B 证明：由于矩阵范数地等价性，我们可以只讨论相容的 矩阵范数。 ||A (k )B (k) A B|| || A (k) B (k) A B (k)||+||AB (k) A B|| || A (k) A|| ||B (k)||+||A||||B (k) B|| 例 1 A (n) k m 1 k(k 1) 相反，由于 ?生命的密语? ——遗传密码子的破译 --------------------------------------------------------------------------------------------------- 姓名：学院：培养单位：学号： 姓名：学院：培养单位：学号： ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 进入国科大已经一月有半，对于自己所在实验室的科研内容已经有了相对具体的了解，也适应了国科大相对紧张的课程进度。迎面而来的都是具体的专业知识和局限的研究内容，尽管我们都是抱着对生命科学的热情而来，还是在现实的科研环境中略感枯索。 为什么会这样呢？我觉得是由于对生命科学这个学科的了解太少。每个学科都有它自己的历史和文化，对于真正醉心科学魅力的人来说，这种文化渗透在他们的筋骨血脉之中，成为一个科研群体独有的性格传承，让科研人和科研事业两相吸引。就像爱因斯坦说过的，人知道的越多，越觉得自己的无知。从而对未知更渴望和敬畏。对于刚刚踏上科研道路的我们来说，正是“无所知”，造成了“无所求知”。 所以，这一次作业，给了我们一个机会，静下心来了解一段生命科学“咿咿学语”的岁月。我们如今已经熟稔于胸的遗传密码子，这门精密简练的语言，是如何普知于世的。 第一部分：前人栽树，后人乘凉——遗传密码子破译史 一、三联体密码子的提出及其性质——理论研究阶段（1953-1961）： 事情要从沃森克里克这对分子生物学创始人开始讲起。 1953 年，克里克和沃森在《Nature》杂志上发表了文章《DNA 结构的遗传学意义》，引起了许多人DNA如何携带遗传信息的诸多猜想，这其中包括物理学家伽莫夫。 基于DNA双螺旋模型的基础，伽莫夫上提出一种设想，并于发表在1954年登上了《Nature》。他把双螺旋结构中由于氢键生成而形成的空穴用氨基酸填 一、中国科学院数学与系统科学研究院简介 中国科学院数学与系统科学研究院由中科院数学研究所、应用数学研究所、系统科学研究所及计算数学与科学工程计算研究所四个研究所整合而成，此外还拥有科学与工程计算国家重点实验室、中科院管理决策与信息系统重点实验室、中科院系统控制重点实验室、中科院数学机械化重点实验室、华罗庚数学重点实验室、随机复杂结构与数据科学重点实验室，以及中科院晨兴数学中心和中科院预测科学研究中心等。2010年11月成立国家数学与交叉科学中心，旨在从国家层面搭建一个数学与其它学科交叉合作的高水平研究平台。数学与系统科学研究院拥有完整的学科布局，研究领域涵盖了数学与系统科学的主要研究方向。共有16个硕士点和13个博士点（二级学科），分布在经济学、数学、系统科学、统计学、计算机科学与技术、管理科学与工程六个一级学科中，可以在此范围内招收和培养硕士与博士研究生。在2006年全国学科评估中，我院数学学科的整体评估得分为本学科的最高分数。数学与系统科学研究院硕士招生类别为硕士研究生、硕博连读生和专业学位硕士研究生。2019年共计划招收122名。 二、中国科学院大学概率论与数理统计专业招生情况、考试科目 三、中国科学院大学概率论与数理统计专业分数线2018年硕士研究生招生复试分数线 2017年硕士研究生招生复试分数线 四、中国科学院大学概率论与数理统计专业考研参考书目 616数学分析 现行（公开发行）综合性大学（师范大学）数学系用数学分析教程。 801高等代数 [1] 北京大学编《高等代数》，高等教育出版社，1978年3月第1版，2003年7月第3版，2003年9月第2次印刷. [2] 复旦大学蒋尔雄等编《线性代数》，人民教育出版社，1988. [3] 张禾瑞，郝鈵新，《高等代数》，高等教育出版社， 1997. 五、中国科学院大学概率论与数理统计专业复试原则 在中国科学院数学与系统科学研究院招生工作小组领导下，按研究所成立招收硕士研究生复试小组，设组长1人、秘书1人。 复试总成绩按百分制计算，其中专业知识成绩占60％，英语听力及口语测试成绩占20％，综合素质成绩占20%。 在面试环节，每位考生有5分钟自述，考查内容主要包括专业知识、外语（口语）水平和综合素质等。 1、专业知识面试重点考查考生对专业基础知识掌握的深度和广度，对知识灵活运用的程度以及考生的实验技能和实际动手能力等，了解考生从事科研工作的潜力和创新能力。 2、外语面试主要考查考生的听、说能力及语言运用能力。 3、思想品德的面试包括考生的政治态度、思想品德、工作学习态度、团队合作精神、科研道德、遵纪守法以及心理素质等内容。 4、体检主要了解考生的身体健康状况，也包括体能、体质和心理素质等。 5、研究生部通过“政审表”向考生所在单位的人事、政工或考生管理部门了解考生的思想品德情况和现实表现。“政审表”将根据中国科学院大学时间部署与调档函一并寄发，需由考生本人档案所在单位的人事（政工）部门加盖公章，随档案一并寄回。政审合格方可寄发录取通知书。 六、中国科学院大学概率论与数理统计专业录取原则 复试小组对本学科参加复试的考生根据初试成绩和复试成绩的综合评定，得出拟录取考生名单，经数学与系统科学研究院招生工作领导小组审核通过。 最终录取成绩：将考生初试成绩和复试成绩按一定比例加权平均后，得出录取成绩。加权平均采用下列公式： 录取成绩＝(初试成绩÷5)×40%＋复试成绩×60%。复试成绩不合格者不予录取；政审不合格、体检不合格者不予录取。 拟录取名单确定后将在网站上公示10个工作日 七、中国科学院大学概率论与数理统计考研复习建议 1、零基础复习阶段（6月前) 中科院矩阵分析与应用大作业 实现LU分解QR分解Householder reduction、Givens reduction Matlab 代码： function [] =j uzhendazuoye A=input ('请输入?个矩阵A='); 2 Gram-Schmidt 分解 3 Householder reduction 4 x=input (*请输入序号1 LU分解 Givens reduction: 1); if (>:==!) 壮mmm分解mm%% disp('PA=LU1) m=size(A,1); %nt等于矩阵A的行数 n=size(A,2); %n等于矩阵A的列数 if (m==n) % 刊斯NA是不足方阵 % 如果矩阵A不是方阵那么就输出"error" U=A; %把矩阵至賦值给矩阵u L=zeros(n); %先将L设为单位阵 P=eye(n); %首先将交换矩阵P设为单位矩阵 for j =1:n-1 for i=j +1:n if (U(j, j)-=0) %判断主元元素是否不为0 L(i z j)=U(i z j) /U(j z j)； U(i f :)=U(i, :)-U(j, j)/U(j z j); % U(j, j)为主元元素 else a=j+l；% 令 a 等于j + 1 while ( (U (a, j ) ==0) && (a 第4章 矩阵分解与表示 (I)高斯消去法 假设矩阵A 的顺序主子式i D ≠0 (i=1,…,n-1), 则我们可以进行以下的顺序消元过程 1．消元过程 n k k i b m b b n k k j i a m a a k k ik k i k i k kj ik k ij k ij ,,2,1,,,2,1,,) () () 1()()()1( ++=-=++=-=++ 等价于用初等矩阵T k k k e l I L -=分别 左乘)(k A 和)(k b ，即 )()1(k k k A L A =+ (1) 其中，T k n k k k k k m m m l ),,,,0,,0(,,2,1 ++=, n k i a a m k kk k ik ik ,,1,/)()( +== 我们称ik m 为消元因子，)(k kk a 为主元素； 消元过程的一个重要性质是：消元过程不改 变矩阵的顺序主子矩阵的行列式(顺序主子式)的值。 例 ???? ??????---=012131121A ,顺序主子式为，1，5，-10 ???? ??????--?????→?++250050121)1*(2)3(),1()2(,顺序主子式为，1，5，-10 ???? ??????--??→?-200050121)2()3(，顺序主子式为，1，5，-10 引理：约化的主元素)(i ii a ≠0的充要条件是 矩阵A 的顺序主子式i D ≠0 (i=1,…,k); 推论：若矩阵A 的顺序主子式i D ≠0 (i=1,…,k)，则 1)1(11D a =，k i D D a i i i ii ,,2,1,/1)( ==-； 由此有若A 对称正定或严格对角占优，而 它们的顺序主子矩阵也是对称正定或严格 对角占优，从而顺序主子式不为0，顺序高斯 消去过程可进行； 2.回代过程： ()() ()()()1/()/, 1,2,,1n n n n nn n k k k k k kj kk j k x b a x b a a k n n =+?=??=-???=--?∑ 二、经验类 [quote]1：考中科院科大完全攻略！ 普物类 力学科大出版社杨维宏很好的教材 电磁学高教社赵凯划经典教材（科大出版社的也不错） 热学高教社褚圣麟经典教材（科大出版社的也不错）已经出版了对照的习题解答 上述3门是普物a b的考试范围，弄清楚课后习题足够了！ 电动力学郭硕鸿高教社已经出版了对照的习题解答 理论力学高教社已经出版了对照的习题解答 光学赵凯华北大出版社 量子类 量子力学卷１曾谨言科学出版社，最好同时购买习题集的上下册非常好搞清楚就足够了！ 周世勋高教社《量子力学》入门型已经出版了对照的习题解答！ 考科大、中科院的用这些足够了。还有哪些？大家提出我补充。现在资料更新很快，很多抖出了专门的习题集建议大家看最新的，00年以前的老掉牙的东西没什么用处了。 引用 2、各位朋友大家好:也谈中国科大物理辅导班笔记，物理教材！ 我是科大研究生想告诉大家，不要太指望辅导班笔记。 看到不少人受到误导心痛不已，其实复习就是很简单的事情，很多教材的选择也就是基础常见的就足够了， 高教版的基本都是非常经典的还要习题集的选择电磁学力学等太多了，不过建议大家看一些比较新的资料。 老掉牙的就算了n年了，编这些书的老师估计早就退休了！ 下面几个常见问题: 中国科大物理辅导班笔记，物理教材！（我觉得这个帖子很好） 1 辅导班何时开办？ 每年的11月中旬，到12月20左右出来！ 1 考科大用什么教材？ 其实这个问题很简单了，当然最好是科大教材了，如果是科大习题集最好了，现在科大教材变化很快毫无疑问最好的教材就是最新的。多少年来变化很大的，但是科大教材不是好教材，力学其实复旦的比较好，科大yangweihong的觉得很一般，不过习题不错。电磁学毫无疑问是高教社的zhaokaihua的好啊，科大张玉民的也是很一般的教材。原子物理也是推荐高教社chushe nglin的很经典的教材。但是教材归教材，习题集最好还是选择科大这个道理很简单了 1 为什么考科大物理？ 2科大物理国内一流国际闻名科大全公费住宿免费补助待遇每月500以上设备先进值得你去努力 2 外校能否报名？ 不能，就是科大校内的学生也要凭借学生证，不是科大物理系的就很难接受。 3 辅导班笔记含金量多高？ 辅导班笔记其实就是串讲班不叫辅导班，所以就是科大物理各门的大复习。知识点几乎面面据到！ 4 市场上的辅导班笔记可信么？ 这个我觉得还是大家自己判断为好。你相信外部人有么？自己决定！ 5 给你辅导班笔记怎么判断真假？ 首先要考虑对方可能会有么？如果可能有，对比一下是不是往年的笔记可信度多大？科大官方部不提供这个咨询服务。 6 如果没有辅导班笔记怎么复习？ 扎扎实实的复习力学电磁学原子物理量子力学建议使用科大版本教材，道理很简单了。其实很多其他教材也不错，科大的很多教材很差不想想你想像的那么好！ 引用 3、关于中科大中科院量子力学和普通物理考研试题的若干说明 热烈欢迎2008年考中科大中科院的同学们！！！ 2008年考研的要提前准备才充分！！！ 中国科学院的一些招生单位（包括物理所和高能所在内），在06年研究生入学考试抛弃了以前科大的命题，改由中科院研究生院命题。实际上就是由以前中科大的老师出题，变为中科院的研究机构的那些导师出题。（据了解，一些导师接到出题任务都很烦，因为科研压力大啊，出题就让自己带的研究生随便在习题集上 矩阵分析及其应用 3.1 矩阵序列 定义3.1 设矩阵序列{A (k)},其中A (k)=() (k ij a )∈C m ?n ,当k →∞， )(k ij a →a ij 时，称矩阵序列{A (k)}收敛，并称矩阵A=(a ij )为矩 阵序列{A (k)}的极限，或称{A (k)}收敛于A, 记为 A A k k =∞ →)(lim 或 A (k)→ A 不收敛的矩阵序列称为发散的。 由定义，矩阵序列A (k) 发散的充要条件为存在ij 使 得数列) (k ij a 发散。 类似地，我们可以定义矩阵收敛的Cauchy 定义 定义3.1' 矩阵序列{A (k)}收敛的充要条件为 对任给ε>0 存在N(ε), 当 k , l ≥ N(ε) 时有 ||A (k)-A (l )|| < ε 其中||.||为任意的广义矩阵范数。 例1 ???? ? ? ??- =∑=-n k n n k k e n n 12) ()sin()1sin(11A 如果直接按定义我们因为求不出A (n )的极限从而 很难应用定义3.1证明收敛。 相反，由于∑∑∑+=+=+=-≤≤n m k n m k n m k k k k k k 112 1 2 ) 1(1 1 ) sin( < 1/m 从而只要l 充分大，则当m, n > l 时就有 ε≤∑ +=n m k k k 1 2 ) sin( 这样A (l ) 收敛。 定理3.1 A (k)→ A 的充要条件为 ||A (k) -A||→0 证明：利用广义矩阵范数的等价性定理，仅对∞范数可以证明。 即 c 1 ||A (k) -A||∞ ≤ ||A (k) -A||≤ c 2 ||A (k) -A||∞ 性质0 若A (k)→ A ， 则 ||A (k)|| → ||A|| 成立。 X 射线晶体学作业参考答案 第三章：晶体结构与空间点阵 1. 六角晶系的晶面指数一般写成四个(h k -h-k l )，但在衍射的计算和处理软件中，仍然用三个基矢(hkl )。计算出六角晶系的倒格基矢，并写出六角晶系的两个晶面之间的夹角的表达式。已知六角晶系的基矢为 解：根据倒格子的定义式，计算可得： () k a c j ac b j i ac a 2***323Ω=Ω=+Ω=πππ 任意两个晶面(hkl)和(h ’k ’l ’)的晶面夹角θ是： ( )()()()2 2222222222222222222222222'''''''3''''434'3)''(2)''(4'3''''434'3)'2')(2('3arccos l a k k h h c l a k hk h c ll a k h hk c kk hh c l a k k h h c l a k hk h c ll a k h k h c hh c G G G G l k h hkl l k h hkl +++?+++++++= +++?+++++++=???? ? ???= θ 2. 分别以晶格常数为单位和以实际大小写出SrTiO 3晶胞中各离子的坐标，并计算SrTiO3的质量密度和电子数密度。 解：Sr 原子量87.62，电子数38；Ti 原子量47.9，电子数22；O 原子量15.999，电子数8 （数据取自国际衍射数据中心）。 质量密度： k c c j i a b i a a =+-==)2321( 电子数密度： 3.*为什么位错不能终止于晶体内部？请说明原因。 答：作为一维缺陷的位错如果终止在晶体内部，则必然在遭到破坏的方向上产生连带的破坏，因此一根位错线不能终止于晶体内部，而只能露头于晶体表面（包括晶界），同时Burgers vector 的封闭性（守恒）也要求位错不能终止在晶体内部。同时，若它终止于晶体内部，则必与其他位错线相连接，或在晶体内部形成封闭线，形成封闭线的位错称为位错环。 4.* 阅读论文以下论文 1) S. B. Zhang, S.-H. Wei, and Alex Zunger ，Physical Review B , V ol. 63, 075205 (2001)； 2) Eun-Cheol Lee, Y .-S. Kim, Y .-G . Jin, and K. J. Chang ， Physical Review B , V ol. 64, 085120 (2001) 并用V-K 符号写出论文中讲到的p 型ZnO 中可能存在的各种点缺陷, 简要说明该符号的含义。（供物理、材料专业的有关同学选作） 答： ??+)(|2Zn ， ()??-2O V ，()"+2Zn V ，() "-|2O III 族掺杂： III 族掺杂： 缺陷联体： 第四章：衍射的运动学理论 1 设计固熔体消光材料Ca 1-x Sr x TiO 3或Sr 1-x Ca x VO 3，求出其中的掺杂浓度x 。选一种固熔体，写出详细的论证与解决步骤。 注1：CaTiO 3: cubic,3.827 ?； SrTiO 3: cubic,3.905 ?；SrVO 3: cubic,3.841 ? 注2：各原子或离子的散射因子拟合参数参见网络课堂上的上传国际表格，也可通过网络搜索得到；目前O 2－的参数只能用O －的参数代替(x)。 解一： 取用Ca 1-x Sr x TiO 3固溶体 重复上述步骤，得到x=0.4593,基本收敛。所以材料配比为34593.05407.0O Ti Sr Ca 解二： 取用Sr 1-x Ca x VO 3固溶体 x =0.55 第五章 特征值的估计及对称矩阵的极性 本章主要讨论数值代数中的三个特殊理论， 即 特征值的估计 广义特征值问题 实对称矩阵（一般是Hermite 矩阵）特征值的 极小极大原理，其次也涉及到一些特征值 和奇异值的扰动问题,最后简要地介绍矩阵 直积的一些性质及其在线性矩阵方程求解 方面的应用。这几方面的内容，在矩阵的 理论研究与实际应用当中都有着相当重要 的作用。 5.1特征值的估计 一、特征值的界 首先给出直接估计矩阵特征值模的上界的 一些方法 定理5.1 设A=(a rs )∈R n×n ,令 M=||2 1 max ,1sr rs n s r a a -≤≤ λ若表示A 任一特征值，则λ的虚部Im(λ) 满足不等式 2 ) 1(|)Im(|-≤n n M λ |Im(λ)|≤||A -A T ||2 / 2 |Im(λ)|≤||A -A T ||1 ?/2. 证明：设x+i ?y 为对应于λ的A 的特征向量， 则 A(x+i ?y)=(α+β?i)(x+i ?y) 其中λ=α+β?i.显然x,y 为实向量，且x,y 为 线性无关的 向量。 经整理A(x,y)=(x,y)B, 其中B=??? ? ??-αββα 。 从而(x,y)T A(x,y)=(x,y)T (x,y)B 展开有 ???? ??Ay y Ax y Ay x Ax x T T T T =α????? ??y y y x y x x x T T T T + β???? ? ? ?--x y y y x x y x T T T T (求等式两边矩阵的对角元之和，可得 α(x T x +y T y )=x T Ax +y T Ay (1) 等式两边矩阵的左上角单元减去右下角单元 可得： β(x T x +y T y )=x T (A -A T )y 1). 记B=A -A T ,则 |x T By|≤||x||2 ?||B||2?||y||2 从而 |β|≤||x||2 ?||B||2?||y||2 /((||x ||2)2 +(||y ||2)2) 利用ab /(a 2+b 2)≤1/2 可得 |β|≤||B||2 /2. 2). 由于|x T By|≤||Bx||1 ?||y||∞≤||B||1?||x||1 ?||y||∞ 从而 |β|≤||B||1 ?||x||1 ?||y||∞ /((||x ||2)2 +(||y ||2)2) 易证明 ||x||1 ?||y||∞ /((||x ||2)2 +(||y ||2)2) /2. (显然，不妨假设(||x ||2)2 +(||y ||2)2=1, 设||y ||∞=t =cos(α), 则y 必为t ? e j 的形式（为什么？）， 从而极值转化为求解如下最大值问题： max ||x||1, 满足约束(||x ||2)2=1-t 2 这样有均值不等式||x||1 x ||2 = -t 2)1/2, 从而我们需要求解t (1-t 2)1/2的最大值，设t =cos(α) 可得t (1-t 2)1/2的最大值为1/2. 从而得证。) 因此 |β|≤||B||1 3). 由于b ii =0, i =1,2,…,n , b ij = -b ji , 因此 |x T By|2=| 1 1()n ij i j j i i j i b x y x y -=>??-∑∑|2 ≤(2M )2 2 1||n i j j i i j i x y x y =>??- ??? ∑∑ (利用(a 1+a 2+…+a n )2≤ n ((a 1)2+(a 2)2+…+(a n )2) ≤(2M )2 (n (n -1)/2) 21||n i j j i i j i x y x y =>??- ??? ∑∑ 矩阵分析及其应用 3.1矩阵序列 定义3.1设矩阵序列｛应)｝,其中A?)=(#))￡Cms,当k—oo, 佝时，称矩阵序列｛A00｝收敛，并称矩阵A=(佝)为矩阵序列｛A00｝的极限,或称｛A00｝收敛于A,记为lim A a)= A或A,k)-> A ks 不收敛的矩阵序列称为发散的。 由定义，矩阵序列A(k)发散的充要条件为存在ij使 得数列站发散。 类似地，我们可以定义矩阵收敛的Cauchy定义 定义31矩阵序列｛A00｝收敛的充要条件为 对任给￡>0存在N(E),当k,l> N(E)时有 IIA(k)-A(/)ll < ￡ 其中11.11为任意的广义矩阵范数。 例 1 A(n) e~n sin(-) n y，sin(R) k=l K 7 如果直接按定义我们因为求不出A㈤的极限从 而很难应用定义3.1证明收敛。 相反，由于t^< t^< v 1/m 从而只要/充分大，则当m, n > /时就有 n z sin(A) 这样A")收 定理3.1 A(k)->A的充要条件为 HA'10-AII T O 证明：利用广义矩阵范数的等价性定理，仅对co范数可以证明。 即ci IIA(k) -AIL < IIA(k) -All< c2 IIA(k) -AIL 性质 1.设A(k,—> A mxn, B,k,—> B mxn>则 a- A(k)+P ? B(k) -> a- A+P B, V a,PeC 性质2.设A(k)—> A mxn, B,k)—> B nx/,则 A(k)由如一A B 证明：由于矩阵范数地等价性，我们E以只讨论相容的 矩阵范数。 IIA(k).B(k)-A-BII < II A(k) -B(k) -A-B(k)ll+IIAB(k)- A-BII 第 2 章范数理论及其应用 2.1向量范数及I p范数 定义：如果V 是数域K 上的线性空间，且对于 V的任一向量x，对应一个实数值ixil,它满足以下三个条件： 1）非负性：||x|| 0,且||x||=0 x=0; 2）齐次性：iikxii=iki iixii，k K； 3）三角不等式：||x+y|| ||x||+||y||. 则称||x|为V上向量x的范数，简称为向量范数。 可以看出范数||||为将V映射为非负数的函数。注意：2）中|k|当K为实数时为绝对值， 当K 为复数域时为复数的模。 虽然向量范数是定义在一般的线性空间上的，但是由于前面的讨论，我们知道任何n 维线性空间在一个基下都代数同构于常用的n维复（或实）列向量空间, 因此下面我们仅仅讨论n 维复（或实）列向量空间就足够了下面讨论如下：1?设||||为线性空间V n的范数，任取它的一个 基X i,X2,…,X n,则对于任意向量X,它可以表示为 x= 1X1+ 2X2+ …+ n X n 其中，（1, 2,…,n）T为X的坐标。 由此定义C n（或R n）中的范数如下： || ||C = （） = || 1X1+ 2X2+ …+ n X n|| 则容易验证|| ||C确实为C n中的范数. 2?反之，若|| |C为C n中的范数，定义V n的范数如下：||X||= （X）=|| ||c 其中X= 1X1+ 2X2+ …+ n X n。 则容易验证（X）确实为V n的范数。 这个例子充分说明了一般线性空间的范数和n维 复（或实）列向量空间的范数之间的关系。这也是为我们只讨论n 维复（或实）列向量空间的范数的理由. 范数首先是一个函数，它将线性空间的任意向量映射为非负实数。 范数与函数 性质 1. 范数是凸函数， 即|| （1 ）X+ y|| （1 ）||X||+ ||y|| 其中0 作业： 课堂实践中使用了n阶布特沃斯陷波带阻滤波器，请将其替换成高斯和理想陷波带阻滤波器。给出程序中滤波器部分的代码及结果（不同参数下的复原图像）。 答：（1）替换成高斯滤波器 a)滤波器代码： for x = (-P/2):1:(P/2)-1 for y = (-Q/2):1:(Q/2)-1 D0 = 10; % D0 = 30; % D0 = 60; v_k = 55; u_k = 80; D_k = ((x+u_k)^2 + (y+v_k)^2)^(0.5); H_NR(x+(P/2)+1,y+(Q/2)+1) = H_NR(x+(P/2)+1,y+(Q/2)+1) * (1-exp(-(D_k^2)/(2*D0^2))); D_k = ((x-u_k)^2 + (y-v_k)^2)^(0.5); H_NR(x+(P/2)+1,y+(Q/2)+1) = H_NR(x+(P/2)+1,y+(Q/2)+1) * (1-exp(-(D_k^2)/(2*D0^2))); v_k = 55; u_k = 162; D_k = ((x+u_k)^2 + (y+v_k)^2)^(0.5); H_NR(x+(P/2)+1,y+(Q/2)+1) = H_NR(x+(P/2)+1,y+(Q/2)+1) * (1-exp(-(D_k^2)/(2*D0^2))); D_k = ((x-u_k)^2 + (y-v_k)^2)^(0.5); H_NR(x+(P/2)+1,y+(Q/2)+1) = H_NR(x+(P/2)+1,y+(Q/2)+1) * (1-exp(-(D_k^2)/(2*D0^2))); v_k = -59; u_k = 88; D_k = ((x+u_k)^2 + (y+v_k)^2)^(0.5); H_NR(x+(P/2)+1,y+(Q/2)+1) = H_NR(x+(P/2)+1,y+(Q/2)+1) * (1-exp(-(D_k^2)/(2*D0^2))); D_k = ((x-u_k)^2 + (y-v_k)^2)^(0.5); H_NR(x+(P/2)+1,y+(Q/2)+1) = H_NR(x+(P/2)+1,y+(Q/2)+1) * (1-exp(-(D_k^2)/(2*D0^2))); v_k = -59; u_k = 170; D_k = ((x+u_k)^2 + (y+v_k)^2)^(0.5); H_NR(x+(P/2)+1,y+(Q/2)+1) = H_NR(x+(P/2)+1,y+(Q/2)+1) * (1-exp(-(D_k^2)/(2*D0^2)));中科院矩阵分析与应用大作业
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